Kép jóváírása: ESO
Noha az Univerzum jelenleg bézs színű, az európai déli csillagvizsgáló csillagászai szerint inkább kék volt. A csillagászok kiszámították a távolságot és a színt 300 galaxisig, amelyeket a Hubble Deep Sky felmérés tartalmazott, amely mélyen áttekintette az égbolt egy régióját Tuscanae déli konstellációjában.
Egy csillagászok nemzetközi csapata [1] nagyon fiatalkor meghatározta az Univerzum színét. Míg az Univerzum ma már olyan bézs, a távoli múltban sokkal vakosabb volt, abban az időben, amikor csak 2500 millió éves volt.
Ez egy több mint 300 galaxis átfogó és alapos elemzésének eredménye egy kicsi déli égbolton, az úgynevezett Hubble Deep Field Southon. Ennek a fejlett tanulmánynak a fő célja az volt, hogy megértse, hogy az Univerzum csillagtartalma összeállt és hogyan változott az idő múlásával.
Marijn Franx holland csillagász, a Leiden Obszervatórium (Hollandia) csapattagja elmagyarázza: „A korai világegyetem kék színét a galaxisok fiatal csillagainak túlnyomórészt kék fénye okozza. A Space Magazine vöröses színét az idősebb, vöröses csillagok viszonylag nagyobb száma okozza. ”
A csoportvezető, Gregory Rudnick a Max-Planck Intézetből Astrophysics (Garching, Németország) hozzáteszi: „Mivel a múltban az univerzumban a fény teljes mennyisége nagyjából azonos volt, mint a mai nap, és egy fiatal kék csillag sokkal többet bocsát ki. fény, mint egy régi vörös csillag, a fiatal univerzumban lényegesen kevesebb csillagnak kellett lennie, mint jelenleg. Új megállapításaink azt sugallják, hogy a csillagok többsége az Univerzumban viszonylag későn jött létre, nem sokkal a Napunk megszületése előtt, egy pillanatban, amikor az Univerzum körülbelül 7000 millió éves volt. ”
Ezek az új eredmények azon egyedüli adatokon alapulnak, amelyek több mint 100 órás megfigyelések során gyűjtöttek az ISAAC multi-mode eszközzel az ESO Nagyon Nagy Teleszkópján (VLT), egy nagy kutatási projekt, a Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES) részeként. A galaxisok távolságát a különféle optikai közeli infravörös hullámhossz-sávok fényerejéből becsüljük meg.
A korai világegyetem megfigyelése
Ma már köztudott, hogy a Nap körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt jött létre. De mikor alakult meg otthoni galaxisunk többi csillaga? És mi lenne a csillagokkal más galaxisokban? Ez a mai csillagászat kulcsfontosságú kérdése, ám ezekre csak a világ legnagyobb távcsöveivel tett megfigyelések útján lehet válaszolni.
Az egyik kérdés ezeknek a kérdéseknek a megoldására a nagyon fiatal világegyetem közvetlen megfigyelése - az időben történő visszatekintéssel. Ennek érdekében a csillagászok kihasználják azt a tényt, hogy a nagyon távoli galaxisok által kibocsátott fény sokáig utazik, mielőtt eljutna hozzánk. Így amikor a csillagászok ilyen távoli tárgyakat néznek, akkor látják azokat, ahogyan régen megjelentek.
Ezek a távoli galaxisok rendkívül halványak, és ezért ezek a megfigyelések technikailag nehézek. Egy másik bonyodalom az, hogy az univerzum tágulása miatt a galaxisokból származó fény hosszabb hullámhosszok felé [2] tolódik el az optikai hullámhossz-tartománytól az infravörös tartományba.
Annak érdekében, hogy ezeket a korai galaxisokat részletesebben meg lehessen tanulmányozni, a csillagászoknak ezért a legnagyobb földi távcsövet kell használniuk, és halvány fényüket nagyon hosszú expozíció során gyűjtsék össze. Ezen felül infravörös érzékeny érzékelőket kell használniuk.
A távcsövek óriási szemként
A „Hubble Deep Field South (HDF-S)” az ég nagyon kis része a Tucanae déli konstellációban („a Toucan”). A Hubble Űrtávcsővel (HST) és más hatalmas távcsövekkel végzett nagyon részletes vizsgálatokhoz választották ki. A mező optikai képei, amelyeket a HST készített, a teljes expozíciós időt 140 órán keresztül reprezentálják. Számos földi távcső is kapott képeket és spektrumokat az égbolt területén lévő tárgyakról, különösen az ESO távcsövek chileiben.
Az átfogó tanulmány (a Faint InfraRed Extragalactic Survey; TŰZEK, lásd az ESO PR 23/02) során a HDF-S irányába 2,5 x 2,5 ívmin hosszú égboltot figyeltünk meg. Kissé nagyobb, mint a HST-n lévő WFPC2 kamera által lefedett terület, de még mindig 100-szor kisebb, mint a telihold által bevezetett terület.
Amikor ez a mező látható volt az ESO Paranal Obszervatóriumából, és a légköri viszonyok optimálisak voltak, az ESO csillagászai erre az irányra mutatták a 8,2 m-es VLT ANTU távcsövet, közel-infravörös képeket készítve az ISAAC multi-mode készülékkel. Összességében a teret több mint 100 órán keresztül figyelték meg, és az így kapott képek (lásd az ESO PR 23/02) a legmélyebb földi felvételek a közeli infravörös Js és H sávokban. A Ks-sáv képe a spektrális sáv bármely égboltjának mélyebb eredménye, akár a földről, akár az űrből.
Ezek az egyedi adatok kivételes képet adnak, és most példátlan kutatásokat tettek lehetővé a fiatal világegyetem galaxispopulációja során. Valójában, a Paranal kivételes látási körülményei miatt a VLT-vel kapott adatok kiváló képélességgel rendelkeznek (0,48 ívsec „látás”), és a HST optikai adataival kombinálhatók, szinte a minőség romlása nélkül.
Kék színű
A csillagászok egyértelműen mintegy 300 galaxist tudtak felismerni ezeken a képeken. Mindegyiküknél a vöröseltolódás meghatározásával meghatározták a távolságot [2]. Ezt egy újonnan továbbfejlesztett módszerrel hajtották végre, amely az egyes objektumok fényerejének összehasonlításán alapul az egyes spektrumtartományokban és a közeli galaxisok halmazában.
Ily módon galaxisokat találtak a mezőn olyan vöröseltolódásokkal, mint z = 3,2, ami 11 500 millió fényév távolságának felel meg. Más szavakkal, a csillagászok láthatták ezeknek a távoli galaxisoknak a fényét, amint azok akkor voltak, amikor az Univerzum csak körülbelül 2,2 milliárd éves volt.
A csillagászok ezután úgy határozták meg az egyes galaxisok által kibocsátott fénymennyiséget, hogy a vöröseltolódás hatásait „eltávolítsák”. Vagyis meghatározták a fény mennyiségét különböző hullámhosszon (színben), ahogyan azt egy megfigyelő rögzítette volna az adott galaxis közelében. Ez természetesen csak a csillagok azon fényére vonatkozik, amelyeket a por nem takar el erősen.
Összegezve az összes galaxis különböző hullámhosszon sugárzott fényét egy adott kozmikus korszakban, az csillagászok ezután meg tudják határozni az Univerzum átlagos színét (a „kozmikus szín”) abban a korszakban. Ráadásul képesek voltak megmérni, hogyan változott ez a szín, ahogy az Univerzum öregedett.
Megállapítják, hogy a kozmikus szín egyre vörösebbé válik az idővel. Különösen a múltban sokkal kékebb volt; ma, közel 14 000 millió éves korában az Univerzum valamilyen bézs színű.
Mikor alakultak ki a csillagok?
A kozmikus szín változása az idő múlásával önmagában érdekes lehet, de nélkülözhetetlen eszköz annak meghatározásához is, hogy a csillagok milyen gyorsan haladtak össze az univerzumban.
Valójában, bár az egyes galaxisok csillagképződésének bonyolult története lehet, amely időnként valódi „csillagszórássá” gyorsulhat, az új megfigyelések - amelyek ma sok galaxison alapulnak - azt mutatják, hogy a csillagképződés „átlagos története” az univerzumban sokkal egyszerűbb. Ezt a kozmikus szín megfigyelt, sima megváltozása mutatja, amint az Univerzum öregedett.
A kozmikus szín felhasználásával az csillagászok azt is meg tudták határozni, hogy az univerzumban a viszonylag nem megvilágított csillagok átlagéletkora változott az idővel. Mivel a világegyetem a múltban sokkal kékebb volt, mint most, arra a következtetésre jutottak, hogy az Univerzum nem termel annyi kék (nagy tömegű, rövid életű) csillagot, mint korábban, ugyanakkor a piros (kis tömegű) , hosszú életű) csillagok a csillagképződés korábbi generációiban még mindig jelen vannak. A kék, hatalmas csillagok gyorsabban elpusztulnak, mint a vörös, kis tömegű csillagok, ezért a csillagcsoport életkorának növekedésével a rövid, rövid életű csillagok elpusztulnak, és a csoport átlagos színe vörösebbé válik. Ugyanez történt az egész világegyetemtel.
Ez a viselkedés bizonyos hasonlóságot mutat a modern nyugati országok öregedési tendenciájával, ahol kevesebb csecsemő születik, mint a múltban, és az emberek hosszabb ideig élnek, mint a múltban, és ennek összességében a népesség átlagéletkora emelkedik.
A csillagászok meghatározták, hogy hány csillag már kialakult, amikor az univerzum csak kb. 3000 millió éves volt. A fiatal (kék színű) csillagok több fényt bocsátanak ki, mint az idősebb (vöröses) csillagok. Mivel azonban a fiatal világegyetemben csaknem annyi fény volt, mint manapság - noha a galaxisok sokkal vörösesek - ez azt jelenti, hogy a korai világegyetemben kevesebb csillag volt, mint ma. A jelen tanulmány azt jelzi, hogy abban a korai időben tízszer kevesebb csillag volt, mint jelenleg.
Végül, a csillagászok azt találták, hogy a megfigyelt galaxisokban a csillagok nagyjából fele alakult ki az idő után, amikor az Univerzum körülbelül fele olyan régi (7000 millió évvel a Nagyrobbanás után), mint ma (14 000 millió év).
Noha ez az eredmény egy nagyon kicsi égbolt terület vizsgálatából származik, és ezért nem feltétlenül reprezentatív az egész világegyetem egészére, a jelen eredményről bebizonyosodott, hogy más égbolt területeken is megmarad.
Eredeti forrás: az ESO sajtóközleménye
